混凝土箱形梁桥桥面沥青铺装受力特性分析

赖俊羽 张黎明 李增源

摘要：文章以一座混凝土箱梁桥为研究对象，建立有限元实体模型，计算分析了不同荷载工况下桥面铺装的应力分布特点，分析不同粘结层模量、不同粘结层厚度对箱梁桥桥面沥青铺装受力的影响，得出了有益结论，可为同类型桥梁的沥青铺装设计、研究提供参考。

关键词：混凝土箱形梁桥;沥青铺装;有限元分析

中图分类号：U443.31文献标识码：A

DOI：10.13282/j.cnki.wccst.2019.09.023

文章编号：1673-4874（2019）09-0079-02

0引言

混凝土箱形梁桥桥面沥青铺装属于典型的“刚柔复合”式路面结构，受桥梁结构特性影响，其更容易出现各类病害，也一直是国内外研究的重点。本文以一座混凝土箱梁桥为研究对象，建立有限元实体模型，计算分析了不同荷载工况下桥面铺装的应力分布特点，分析不同粘结层模量、不同粘结层厚度对箱梁桥沥青铺装受力的影响，得出了有益结论，可为同类型桥梁的沥青铺装设计、研究提供参考。

1计算建模

某高速公路连接线跨江桥采用连续梁桥型，单箱单室直腹板断面，顶板宽12.25m、底板宽6.50m，根部梁高6m，跨中梁高3m，梁底曲线为1.8次抛物线.因桥面铺装层在车轮荷载作用下具有较强的局域性，计算选用箱梁跨中13m梁段进行建模分析（含两个间距7m的横隔板）。模型单元划分：梁体单元按60mm×60mm、粘结层按15am×15mnq、铺装层按30mm×30mm。为减少桥梁约束条件影响，模型两端固结。有限元实体模型如图1所示。

本桥桥面沥青铺装结构设计为桥梁各部结构混凝土+0.5cm防水粘结层+6cm沥青铺装下层+4cm沥青铺装上层，计算参数见表1。

计算荷载按规范取标准轴载BZZ-100，接地压强为0.7MPa，同时考虑行驶车辆紧急刹车时的水平荷载，以竖向荷载乘以车轮与路面间的摩阻系数（取0.5）计算。计算中，轮胎接地形状以两个中心间距相同的正方形面积等效圆面积，如图2所示。结合桥面板及箱梁内各部结构组成及尺寸特點，荷载布置考虑如图3所示的三种荷载工况。

2 计算分析

2.1拉应力分析

桥梁沥青铺装层最大拉应力是控制铺装层开裂的一项重要指标，分别计算三种荷载工况下沥青铺装上、下层和粘结层的最大主拉应力υ、最大横向拉应力υ、最大纵向拉应力υ（见表2）。

分析表2计算结果可知，箱梁桥面沥青铺装各层在各荷载工况下最大横向拉应力大子最大纵向拉应力，最大横向拉应力在最大主拉应力的合成中占主导地位;当荷载由横隔板向L/2跨处移动时，最大横向拉应力、最大主拉应力逐渐增大，最大纵向拉应力则逐渐减少;最大主拉应力出现在荷载位于跨中时的沥青铺装上层。

2.2剪应力分析

分别计算三种荷载工况下桥面沥青铺装各层间的最大横向剪应力τ、最大纵向剪应力τ，以及粘结层内部最大剪应力τ，如表3所示。

分析表3可知，同一荷载工况下，箱梁桥面沥青铺装各层间的最大横向剪应力明显大干最大纵向剪应力，分析原因主要是大箱梁纵、横向刚度及边界条件的差异导致。不同荷载工况下，箱梁桥面沥青铺装各层间最大剪应力值差异较少，其原因是大箱梁相对其他结构，具有较大的整体刚度，从而减少了最大剪应力分布差异。最大剪应力出现在荷载位于跨中时的粘结层与桥面板间。

3粘结层模量影响分析

沥青改性类防水粘结材料的模量值一般处于10-300MPa之间，选取10MPa、100MPa、150MPa、200MPa、250MPa和300MPa六种模量，分别计算桥面沥青铺装层的最大主拉应力、最大剪应力，分析粘结层不同模量下铺装层应力变化情况，计算结果如图4-5所示。

由图4、图5分析可知，粘结层模量逐渐增大，桥面沥青铺装上层、铺装下层内的拉应力、剪应力均呈下降趋势，而粘结层的拉应力、剪应力呈增大趋势。这主要是因为模量增大，粘结层的刚度也增大，变形能力降低。

4粘结层厚度影响分析

通常情况下，桥面沥青铺装粘结层的厚度约在5-10mm之间，分别选取粘结层5mm、6mm、7mm、8mm、9mm和10mm六种厚度，以剪应力为指标，计算分析粘结层厚度对沥青铺装层受力的影响（见表4和图6）。

从表4、图6的计算分析结果可知，粘结层厚度从5mm增大到10mm，桥梁沥青铺装层各层间的剪应力仅少量减少，即说明粘结层的厚度对桥梁沥青铺装层的受力影响较小。因此，在实际施工中，桥面足量均匀洒布一层微薄防水粘结层即可。

5 结语

（1）混凝土箱形梁桥桥面沥青铺装最大拉应力、层间最大剪应力均横向大于纵向，最大主拉应力位于沥青铺装上层，最大剪应力位于粘结层与桥面板间，均为跨中最不利荷载工况。

（2）随着粘结层模量的增大，粘结层内拉应力、剪应力均增大，其它各层拉应力、剪应力减少。

（3）桥面沥青铺装受力受粘结层厚度变化影响不大，在施工中足量均匀洒布一层微薄防水粘结层即可。